Exotisches Material dehnt sich bei Kälte aus


Ungewöhnlicher Effekt: Während Metalle normalerweise bei Kälte schrumpfen, verhält sich eine Samariumverbindung genau umgekehrt – sie dehnt sich aus. Damit gehört sie zu nur einer Handvoll bekannter Materialien mit diesem Verhalten. Dahinter steckt ein Quanteneffekt, durch den freie Elektronen im Material die Atomhüllen des Samariums auffüllen. Dies wiederum drückt die Atome auseinander – und das Material dehnt sich aus, je kälter es wird.

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Das Seltenerdmetall Samarium zeigt als Sulfid eine ungewöhnliche Reaktion auf Kälte. © Tomihahndorf/ gemeinfrei

Die meisten bekannten Metalle und Feststoffe ziehen sich bei Kälte zusammen – das Material schrumpft. Diese Veränderungen müssen Konstrukteure beispielsweise bei Flugzeugen einbeziehen, die in Reiseflughöhe großer Kälte ausgesetzt sind.

„In praktischen Anwendungen wie einem Flieger oder elektronischen Gerät nutzt man daher Legierungen aus Materialien, die sich beim Abkühlen gegensätzlich verhalten“, erklärt Erstautor Daniel Mazzone vom Brookhaven National Laboratory. Man kombiniert Metalle, die sich bei Kälte zusammenziehen mit exotischeren Materialien, die sich ausdehnen. Doch diese negative thermische Expansion ist bisher nur von einer Handvoll Materialien bekannt.

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